(Cs with python)-함수호출방식(call-by-value, call-by-reference, call-by-assignment)

컴퓨터사이언스 부트캠프 with 파이썬 책을 공부하며 정리한 포스팅입니다.

개인 공부후 정리용으로 남기는 포스팅으로 내용상에 오류가 있을수 있습니다.

예제 코드는 Computer-Science 를 통해 실습하고 있습니다.

핵심 개념

• call by value(값에 의한 전달)
• call by reference(참조에 의한 전달)
• call by assignment(객체 참조에 의한 전달)

call-by-value(값에 의한 전달)

• 인자를 전달할 때 값을 복사해 전달하는 경우를 뜻함.

#include <iostream>
using namespace std;

void change_value(int x, int value) 
{
  x = value;                        
  cout << "x:" << x << "in change_value" << endl;
}

int main(void)
{
  // 지역 변수 x에 10 대입
  int x = 10;
  change_value(x, 20);               
  cout << "x:" << x <<" in main" << endl;

  return 0;
}

// 실행결과
x : 20 in change_value
x : 10 in main

• main()함수에서 change_value()함수를 호출하면서 value인자로 20을 전달했지만

  지역 변수 x값은 함수안에서만 변경되고 호출한 쪽에서는 변경이 안됨.

• 그 이유를 알기 위해선 자료구조-스택 에서 스택 프레임에 대한 개념을 알아야 함.

• 스택 프레임(Stack Frame): 함수 호출시 할당되는 메모리 블록(지역변수가 존재하는 영역)

  • 데이터 저장시 순차적으로 저장하고 꺼낼때는 맨 위부터 차례대로 꺼냄.
  • 접시를 밑에서 하나씩 쌓고 위에서 하나씩 꺼내는 걸 생각하면 이해하기 편하다.

• 위의 함수 동작을 스택프레임 측면에서 표현하면 아래와 같이 표현할수 있다.

1. x = value; 가 실행되기 직전

2. x = value; 가 실행된 시점

3. change_value() 함수 호출 완료 후 change_value() 스택 프레임 사라짐.

• 함수 호출로 x 값을 바꾸기 위해서는 call-by-reference로 인자를 전달하면 됨.

call-by-reference(참조에 의한 전달)

• 인자를 전달할 때 참조를 전달하는 방식.

#include <iostream>
using namespace std;

void change_value(int *x, int value)  
{
  *x = value;                         
  cout <<"x : " << *x << " in change_value" << endl;
}

int main(void)
{
  int x = 10;                       
  change_value(&x, 20);             
  cout << "x : " << x << " in main" << endl;
  return 0;
}


// 실행결과
x : 20 in change_value
x : 20 in main

• call by value코드와 비교했을 때의 차이점.
  • *연산자 추가 : int x -> int *x , x = value; -> *x = value;
  • &연산자 추가 : change_value(x, 20) -> change_value(&x, 20)
• 스택 프레임 측면에서 본 코드

1. change_value()를 실행하고 *x = value; 가 실행되기 직전

• &x는 main() 스택 프레임의 x가 위치한 메모리 공간의 첫 번째 바이트 주소 값 전달.
• *x는 포인터 변수
  • 포인터 변수는 메모리 주소 데이터를 저장.
  • change_value() 안의 x가 main()의 x의 메모리주소 값을 가리킨다는 의미.
  • 가리킨다는 말 = 참조(reference)

2. *x=value; 를 실행한 후

• *x를 역참조(dereference)라고 하며 x에 저장된 주소 값(0x1111 1111)으로 접근.
• value를 대입하여 x 값을 20으로 변경

3. change_value() 함수 호출 완료 후 change_value() 스택 프레임 사라짐.

call by assignment(객체 참조에 의한 전달)

• 파이썬의 함수 호출 방식
• 파이썬에서는 모든 것이 객체이고, 객체에는 2가지 종류가 있음
  • immutable object(변경 불가능 객체) - int, float, str, tuple
  • mutable object(변경 가능 객체) - list, dict, set

변경 불가능 객체를 전달할 때

def change_value(x, value):
    x = value
    print("x : {} in change_value".format(x))

if __name__ == "__main__":
    x = 10
    change_value(x, 20)
    print("x : {} in main".format(x))
    
# 실행결과
x : 20 in change_value
x : 10 in main

• 스택 프레임 측면에서 본 코드

1. x = value를 실행하기 전

• 파이썬은 C 언어처럼 변수라는 메모리 공간에 값을 직접 저장하지 않는다

• 값을 가리킴(reference)

  • main(), change_value()의 x는 메모리의 10을 가리키고
  • change_value()의 value는 메모리의 20을 가리킴

2. x = value를 실행한 후

• change_value()의 x가 메모리의 20을 가리킴

• 변수 이름이 가리키는 메모리 공간의 값을 직접 바꾸는게 아니라

  바꾸고자 하는 상수 객체를 참조 하는것.

3. change_value() 함수 호출 완료 후

• change_value() 스택 프레임과 메모리에 있던 20이 사라짐.
  • change_value()안의 변수 x, value가 20을 가리키고 있었으나
  • 호출과 함께 사라지면서 메모리에 있던 20도 레퍼런스 카운트가 0이 되면서 사라짐.

변경 가능 객체를 전달할 때

참조한 리스트에 접근해 변경을 시도

def func(li):
    # 리스트 li의 0번 인덱스 값을 변경
    li[0] = 'I am your father!'

if __name__ == "__main__":
    li = [1, 2, 3, 4]
    func(li)
    print(li)
    
    
# 실행결과
['I am your father!', 2, 3, 4]

• 스택프레임 측면에서 보면
• main()의 스택 프레임과 func() 스택 프레임이 li = [1,2,3,4]를 같이 참조.
• 따라서 li의 0번째 값이 1 -> ‘I am your father!’로 바뀜.
• 값을 변경하기 위해 값 객체만 새로운 공간에 만들어 참조하면 됨.

다른 리스트를 메모리 공간에 새로 만든 다음 이를 참조해 리스트를 변경

def func(li):
    li = ['I am your father', 2, 3, 4]


if __name__ == "__main__":
    li = [1, 2, 3, 4]
    func(li)
    print(li)
    
    
# 실행결과
[1, 2, 3, 4]

• main()스택 프레임은 li = [1, 2, 3, 4]를 참조
• func()스택 프레임은 li = [‘I am your father’, 2, 3, 4]를 참조
• func()함수 호출이 끝나면 스택 프레임이 사라지면서 참조하던 리스트가 사라짐
• 따라서 [1, 2, 3, 4]가 출력 됨.

call by assignment(객체 참조에 의한 전달 방식)를 최종적으로 정리하면 다음과 같다.

• 함수 인자로 변경 불가능 객체를 전달해 값을 변경할 수 없음.

  • 함수 안에서 새 객체를 만들어 참조하여 값을 바꾸려 하면

    함수 호출이 끝나고 스택 프레임이 사라지면서 참조도 사라지기 때문

• 함수 내부에서 객체를 새롭게 할당해야한 값을 변경할수 있는 객체

  • 변경 불가능 객체인 상수, 문자열, 튜플 뿐.

  • 리스트나 딕셔너리 같은 변경 가능 객체도 함수안에서 새로운 객체를 만들면

    함수 호출이 끝나면서 객체는 사라짐

  • 그러므로 인자로 전달된 객체에 접근하여 변경해야만 함수를 호출한 쪽의

    객체를 변경할 수 있음.